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DESEMPENHO TÉRMICO EDIFICAÇÕES: FACHADAS ENVIDRAÇADAS, PROJETO E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Universidade Federal de Santa Catarina
ARQ5658 – Eficiência Energética e Sustentabilidade em Edificações Prof. Fernando Simon Westphal Departamento de Arquitetura e Urbanismo – UFSC [email protected]
“Apesar de, ao menos no campo acadêmico, ter-se a certeza que as fachadas
seladas de vidro não serem uma solução cabível para edifícios de escritórios, há
uma forte tendência de proliferação desse tipo de edificação na cidade.” (Sampaio e Borges, 2007 – FAUUSP)
Será que o “campo acadêmico” está acompanhando a evolução da indústria? O que é uma “solução cabível”? Seria aquela que se prolifera facilmente?
Métodos de cálculo de carga térmica antigos não consideravam ganhos e perdas simultâneos.
Década de 70
Década de 90
Curva de carga térmica de um escritório típico, calculada por diferentes métodos
As características principais de um edifício são definidas pelo seu entorno.
http://www.siaa.arq.br
Edifício SAP Labs – São Leopoldo (RS)
Campus universitário
Morumbi Corporate – São Paulo (SP)
São Paulo: próximo a Marginal Pinheiros
© Aflalo e Gasperini
As características principais de um edifício são definidas pelo seu entorno.
Edifício SAP Labs – São Leopoldo (RS)
Vidro claro Brises
Ventilação natural
Morumbi Corporate – São Paulo (SP)
Vidro refletivo Controle solar
Ar-condicionado
© Aflalo e Gasperini http://www.siaa.arq.br
Ambiente propício a estratégias passivas
Sem ruído Ar puro
Sem limites de forma Prédio mono-usuário
http://www.siaa.arq.br
0
5
10
15
20
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jan fev mar abr maio jun jul ago set out nov dez
TBS e
xter
na (°
C)
Hora
Temperatura Externa - São Paulo - Congonhas
Clima de São Paulo: Temperatura do Ar
13%
27%
30%
21%
8%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
< 16 16--|20 20--|24 24--|28 >28
Freq
üênc
ia d
e oc
orrê
ncia
Faixa de Temperatura (°C)
Apenas em horário comercial, das 8h às 20h
Clima de São Paulo: Umidade Relativa
Apenas em horário comercial, das 8h às 20h
15% 15%19% 20% 21%
10%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
< 50% 50-60% 60-70% 70-80% 80-90% > 90%
Freq
uênc
ia
Faixa de UR
Clima de São Paulo: Umidade Relativa
Apenas em horário comercial, das 8h às 20h
Apenas 13 % das horas do período comercial registram
temperatura abaixo de 25oC e umidade relativa abaixo de 60%
Clima de São Paulo: Umidade Relativa
Apenas em horário comercial, das 8h às 20h
Apenas 13 % das horas do período comercial registram
temperatura abaixo de 25oC e umidade relativa abaixo de 60%
Apenas 1 % das horas do período
comercial registram temperatura abaixo de 18oC e umidade
relativa abaixo de 60%
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
{ / }
São Paulo Nova York
Luminância do céu
2,5 x
Simulação computacional usando o EnergyPlus •Especificação de vidro por orientação solar •Definição de área opaca por fachada •Sistema construtivo da fachada
Refinamento progressivo (Torre Alta)
Resultado atual Proposta de fachadas, com as 4 opções de vidro:
8.2%7.1%
9.5%8.4%
9.9%
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
S32 + SKN S32 + M22 AG43 + SKN AG43 + M22 AG43 + SKN + isolante
Econ
omia
em
rela
ção
ao b
asel
ine
Fachada 1 Fachada 2 Fachada 3 Fachada 4 Fachada 3 +
Isolamento térmico
34.8%
24.5%
10.3%
9.9%
6.7%
4.2%
3.9%
3.4%
1.2%
0.8%
0.4%
0.0%
0.0%
0.0%
5.0%
10.0
%
15.0
%
20.0
%
25.0
%
30.0
%
35.0
%
40.0
%
Equip. Escritório
Ilum. Interna
Chillers
Bombas (CAG)
Exaustão sanitários
Fan-coils
Elevadores/escadas
Ventilação - ar exterior
Bombas - água e esgoto
UPS
Torres resfriamento
Aquecimento
Ilum. Externa
Uso final de energia elétrica do modelo completo
Ar-condicionado 28,2%
Nem toda fachada de vidro é 100% transparente
PERCENTUAL DE ABERTURA é somente aquele que permite
a passagem de luz
1.00
1.33
1.67
2.00
1.00 1.02 1.03 1.05
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
PAF = 30% PAF = 40% PAF = 50% PAF = 60%
Área de janela (m²)
Consumo de energia (kWh)
Aumento na área de janela X Aumento no consumo de energia
Ar-condicionado de alta eficiência
Vidros de alto desempenho
Possibilidade de fachadas mais transparentes
DESEMPENHO ENERGÉTICO
ESTÉTICA
x LUZ CALOR
COR REFLEXÃO
E TRANSM.
Especificação de vidros de fachadas
Vidros de Controle Solar
Menor influência da temperatura externa sobre a temperatura superficial do vidro Menor intensidade de radiação solar direta sobre o ocupante
CONFORTO TÉRMICO
Possibilidade de maior aproveitamento da luz natural com menor ganho de calor. Permite maiores áreas envidraçadas nas fachadas, mantendo o desempenho térmico
ILUMINAÇÃO
Transmissão e reflexão diferenciadas em relação a luz e o calor
Fator Solar de vidros
Radiação transmitida diretamente
Radiação absorvida
Radiação reemitida
Fator Solar
Parcela da radiação solar que atravessa o vidro na forma de calor
Fator Solar Ganho de calor
Fator Solar Ganho de calor
Vidro incolor 3 mm Vidro verde 3 mm
Vidro de controle solar
87% 62% Prédios LEED: abaixo de 35%
22 dez 16h Oeste 700 W/m²
Vidro incolor = 610 W/m²
Vidro com Fator Solar 30% = 210 W/m²
Comparativo de ganho de calor
Calor equivalente a
Calor equivalente a
6 lâmpadas de 100W
2 lâmpadas de 100W
Horas em conforto: São Paulo
FS=84% TL=88%
FS = 33% TL = 30%
FS = 28% TL = 39%
8%
16%
76%
Vidro incolor comum
13% 4%
83%
Vidro Laminado
5% 4%
91%
Vidro Duplo
Desconforto por Frio
Desconforto por Calor
Conforto
Prédios certificados LEED
Percentual de abertura entre
40% e 60%
Paredes leves e isoladas (dry wall)
Fator Solar entre
25% e 40%
Transmissão luminosa entre
25% e 45%
Vidros duplos em regiões
frequentemente mais quentes
Considerações finais
• Diferentes contextos permitem diferentes soluções de projeto
• O uso de estratégias passivas em ambiente urbano é complicado
• Mas é possível aumentar a eficiência da envoltória e sistemas
• No Brasil temos boa disponibilidade de luz natural
• Vidros com baixo fator solar, escuros e refletivos são mais em conta
• Adotar estratégias combinadas:
– Vidros de controle solar
– Brises
– Persianas
– Serigrafia
• A solução para o pico de carga pode ser diferente do ano inteiro
• Por isso, simulação computacional anual é importante